Применение полупроводниковых материалов
Структура кремниевого полупроводникового преобразователя световой энергии в электрическую. • а) – структура преобразователя • б) – электронная структура кремния n типа с примесью фосфора • в) – электронная структура кремния p типа с примесью бора • г) – схема p-n перехода
Принцип работы светодиода.
Донорные и акцепторные дефекты позволяют относительно легко варьировать концентрацию свободных электронов и дырок n, p ~ Nexp[-Ед , Еа/(к. Т)] , N — концентрация дефектов, значения энергий Ед, Еа намного меньше Eg Локальные энергетические уровни в запрещенной зоне: а уровни доноров; б уровни акцепторов
Многие технические применения полупроводников связаны с использованием структуры, состоящей из кристаллов n- и р типов. Структура p-n перехода. Образование p-n перехода в кристалле n типа методом диффузии.
Технологические приемы диффузии примеси. 1 пластины полупроводника 2 ампула 3 источник диффундирующего вещества (диффузант) 4 печь
Принципиальная схема установки для эпитаксии из газовой фазы. 1 - образец; 2 - графитовая подставка; 3 - кварцевая труба; 4 – печь Si. Cl 4 + 2 H 2 = Si + 4 HCl
Очистка и легирование — пути формирования свойств полупроводников Если принять n ≈ ni , то при общем количестве атомов в кристаллах порядка (4. . . 6)· 1022 см 3 , необходимая чистота будет при содержании примесей 10 13. . . 10 14 ! Это очень высокая чистота материала, необходимая, помимо полупроводниковой техники еще только при использовании материалов в ядерной технике.
Эквивалентность собственных точечных дефектов и химических примесей. Область гомогенности арсенида галлия. Кривую 1 можно рассматривать как кривую солидуса в системе Ga Ga. As, т. е. как кривую растворимости галлия в соединении Ga. As. Точно так же кривая 2 отражает растворимость мышьяка в Ga. As.
Основные классы легирующих примесей. • Водородоподобные примеси являются примесями замещения, т. е. занимают узлы кристаллической решетки и отличаются по валентности от основных замещенных атомов кристалла на ± 1. • Примесные атомы с незаполненной d-оболочкой группы железа, т. е. имеющие электронную структуру 3 dn 4 s 2, являются наиболее изученными из всех d-элементов. • Амфотерные примеси способны проявлять как донорные, так и акцепторные свойства. Амфотерные примеси можно классифицировать по кристаллохимическому принципу, т. е. по их размещению в кристаллической матрице. • Примесные центры четвертого типа, проявляющие амфотерность при замещении различных по своей природе подрешеток полупроводни ковых соединений, называют катионно-анионными центрами и обозначают Ак-а.
От р-n- переходов к гетеропереходам и от гетеропереходов к оптоэлектронике • • • Зонная структура кристалла с гетеропереходом (μ средняя энергия электронов): а переход n-n типа; б переход р-nтипа. • В гомопереходе энергия выхода электрона обеих его частей одинакова, а в гетеропереходе разная. Поэтому, откладывая от уровня электрона в вакууме (Е 0 на рис. а) вниз значения энергии работ выхода χ1 и χ2 , получаем значения Ес1 и Ес2. Из рисунка видно, что на границе раздела (х =0) в гетеропереходе образуется разрыв в зоне проводимости. «Достраивая» схему до валентных зон, нетрудно убедиться в образовании разрыва и в величине Ev. При равновесии, когда выравниваются уровни химического потенциала, в общем случае эти разрывы сохраняются, а вся энерге тическая диаграмма приобретает вид, показанный на рис. б. Характер разрывов Ес и Ev различен. Первый часто называют разрывом типа «крюк» , а второй типа «стенка» .
Гетеропереходы позволяют за счет вариации состава твердых рас творовсоздавать полупроводниковые источники света — светодиоды и лазеры. Те и другие основаны на способности носителей заряда при рекомбинации излучать энергию, полученную при генерации. В ряде случаев излучение происходит не в виде фононов, а в виде фотонов.
Принципиальная схема оптрона: 1 — излучатель, 2 — кристаллодержатель; 3 — электрический провод; 4 — фото приемник; 5 — оптическая среда
. Схема технологического процесса изготовления интегральных схем
Уровни интеграции ИС различного поколения
Скачать презентацию Применение полупроводниковых материалов Структура кремниевого полупроводникового преобразователя
Применение полупроводниковых материалов.ppt